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水 利 学 报

2022 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2022）02-0176-12

青藏高原山区河流广义河相关系与多频率沿程河相关系

覃 超 ，吴保生 ，汪 舸 ，傅旭东 ，赵 璐 ，李 丹 2
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（1. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；
2. 中煤科工集团 煤炭科学研究总院 应急科学研究院，北京 100013）
摘要：山区河流地貌由流域来水来沙和地质地貌等下垫面背景因素决定，基岩限制性河段与冲积河段相间分布，
这些河流是否存在稳定的河相关系，是山区河流地貌演变研究亟待回答的重要问题。本研究以发源于青藏高原的
六大水系共 129 个水文测验断面的实测流量和实测大断面数据为主要数据源，以青藏高原六大水系的沿程河相关
系为研究对象，探讨了同一河段与同一流域不同河段平滩流量下的沿程河相关系，分析了不同频率流量下沿程河
相关系系数和指数的相关关系及协同变化规律，提出了多频率沿程河相关系概念，并在时间和空间两个维度上分
析了多频率沿程河相关系的意义。青藏高原山区河流平滩流量下同一河段与同一流域不同河段均存在较强的沿程
河相关系，本文把山区河流上、下游间断冲积河段之间所具有的沿程河相关系，称为山区河流的广义河相关系，
河宽-沿程与水深-沿程河相关系强度总体上大于流速-沿程河相关系强度；不同频率流量下沿程河相关系系数和
指数间存在较好的对数-线性关系，并将其定义为多频率沿程河相关系；同一河段的多频率沿程河相关系强度一
般大于同一流域不同河段的多频率沿程河相关系强度。多频率沿程河相关系将沿程河相关系的空间多维属性在时
间维度上进行延伸，刻画了断面几何参数与流量在时、空两个维度上的相关关系。研究结果丰富和发展了河相关
系理论，可为河相关系从平原河流走向山区河流及河流地貌在河网水系的分布规律等研究提供依据。
关键词：青藏高原；山区河流；河流地貌；平滩流量；广义河相关系；多频率沿程河相关系
中图分类号：TV143 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210511

1 研究背景

河相关系是处于均衡状态的冲积河流通过自动调整作用，在相对较长的一段时间内，断面形态
［1］
和纵剖面与流域因素之间存在的某种定量关系 。早在 1919 年的印度冲积平原，该关系被英国工程
师 Lindley用来设计维持灌溉渠道冲淤平衡的过水断面形态 ［2-3］ ；近年来，围绕河相关系的存在性 ［4-7］ 、理论
基础 ［8-11］ 、外延内涵 ［8，12-13］ 、模拟 ［13-16］ 与应用 ［12，17-18］ 等，大批学者进行了广泛研究。
河相关系一般包括断面河相关系与沿程河相关系。其中，沿程河相关系反映某一特征流量下同
一河段上下游不同断面的河宽、水深、流速随流量的沿程变化，对认识河流的自我调整、流量估算
［4］
有重要意义。Park 统计了全球 72 条不同类型河流的沿程河相关系，发现沿程河相关系指数大多集
中分布在某一范围，但极端情况也有出现。不同边界条件河流的沿程河相关系差别较大，而具有相
似床沙组成与河型的沿程河相关系指数分布范围相对一致 ［10-11，14，19］ 。沙质河床与卵石河床沿程河相关
系的指数集中在不同区间 ［20］ ，且可以用不同的理论关系式来表达 ［10-11］ 。然而，已有研究多集中在冲积
河流，山区河流沿程河相关系的研究相对匮乏 ［21-23］ 。Whol ［24］ 指出，当山区河流的水流功率与床沙粒
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径 D 的比值大于 10 000 kg/s 时，沿程河相关系较强。那么，青藏高原山区河流所处环境的地质地貌
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收稿日期：2021-06-07；网络首发时间：2021-10-11
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20211011.1016.001.html.
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基金项目：国家自然科学基金青年项目（52009061）；国家自然科学基金重点项目（51639005）；国家博士后创新人才支持计划
（BX20190177）；清华大学“水木学者”支持计划（2020SM070）
作者简介：覃超（1989-），博士后，主要从事河床演变与土壤侵蚀研究。E-mail：glqinchao@nwsuaf.edu.cn
作者简介：吴保生（1959-），教授，主要从事河流地貌与河床演变研究。E-mail：baosheng@tsinghua.edu.cn
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